内積に意味を与えようという運動は

以前からなされてきました。


ここでは、最近出てきた一つの見方を紹介します。




まず、面ベクトルとも呼ぶべきものを考えます。食パン

それは、ある面(面積が∞ではない平面がよい)に付随するベクトルで、

大きさはその面の面積、向きはその面と垂直な方向とします。


たとえば、

机の上に、底辺の長さが2、高さが3の平行四辺形があるとすると、

その平行四辺形の面ベクトルは、

大きさが6で、向きが机に垂直なベクトルです。


   食パン「面ベクトル」と聞いて、矢印の代わりに面なのか!と思った人がいたら

     すみませんでした。名前のわりに夢のないベクトルです。



さて、

上の平行四辺形(Sと呼ぶことにします)を面の一つハロウィンとして持つ

平行六面体ぶどうがあったとします。

平行四辺形Sと向かい合う面との距離を5とします。

言いかえれば、Sを底面と考えたとき、この平行六面体の高さが5ということです。


   ぶどう平行六面体というもは、直方体をゆがめた図形で、

     どういう風に歪んでいるかというと、

     『すべての面は平行四辺形で、向かい合う面が平行』

     という風に歪んでいます。


   ハロウィン一つといっても、平行六面体の向かい合う面は、合同になるので、

     一つ持てば、必然的に、二つ持つことになります。

     もちろん、4つとか、6つのこともありえます。3つ、5つはありえません。



平行六面体の辺(稜といったほうがいいのか)で、

底面Sから生えているものの一つを選んで、vとします。

大きさが辺vの長さと等しく、向きが辺vと同じ方向であるベクトルをとします


また、平行四辺形Sの面ベクトルをとします。



すると、この平行六面体の体積は、


   S・v


で表されます。(「・」はもちろん内積。)




というわけで、


   体積=底面×高さ


という公式のベクトル版のようなものが得られるのです。

体積は、ベクトルでなくスカラーで出てしますので、

ベクトルばかりでないですけどね。


高さを使わずとも、辺のままで体積が出てくるのは、内積のcosの影響です。

この例のおかげで、

内積のcosの意味がわかったような気がしないでもありません。




今回は、平行六面体を使いましたが、円柱をゆがましたやつ(直円柱ではない円柱)

でも大丈夫です。底面の形はなんでもいいのです。


また、3次元から、2次元に下がっても、

同様のことが言えるはずです。


    面積=底辺ベクトル・辺ベクトル


というように。